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Control para Motor CC usando un OP-Amp

 

El profesor nos dijo que, como proyecto final del curso, debíamos armar cualquier circuito que usara un op-amp (amplificador operacional). Mientras los demás se lanzaron a buscar diagramas y diseños en las revistas yo preferí hacer el mío propio, un circuito inversor de giro para motor cc usando dos fotorresisitencias, además del op-amp:

El op-amp aquí está funcionando como un comparador. Si la caída de voltaje con respecto a tierra es mayor en la entrada no inversora (+) el voltaje en la salida será positivo. En cambio si la caída de voltaje es mayor en la entrada inversora (-) la salida será negativa. Así de simple.

Las caídas de voltaje están controladas por las fotorresistencias (LDR). En la oscuridad la resistencia al paso de la corriente es muy alta en una LDR, si la corriente es pequeña, el voltaje en las otras resistencias es pequeño también. Al iluminar una LDR su resistencia baja, la corriente aumenta y también el voltaje en las otras resistencias (las de 5 y 10 Kohm). 

Con sólo las LDR y las resistencias de 5 y 10 KOhm ya se tiene un inversor de giro para el motor (un voltaje que puede ser positivo o negativo con respecto a tierra) el problema es que el voltaje nunca es cero, es decir, el motor nunca se detiene. El op-amp siempre está comparando, hayan o no resistencias, corriente o voltaje. 

Para que el motor se detenga he añadido la compuerta lógica or y el relay. Los zeners y las resistencias en serie con la compuerta son sólo para protección. los Zeners evitan que el voltaje sobrepase los 5 voltios (que es el uno lógico). Si la corriente es mayor en cualquiera de las dos resistencias de 5K éstas tendrán más voltaje, lo cual la compuerta la interpretará como un 1 lógico. Esto sucede cuando cualquiera de los LDR se ilumina. Si están en la oscuridad la caída de voltaje será pequeña y se considerará un 0 lógico. Si la compuerta recibe dos 0 su salida será 0 por lo que el relay se mantendrá abierto. Si una entrada es 1, la salida de la compuerta será un 1 (5 voltios) cerrando el relay y permitiendo que el voltaje del op-amp (sea positivo o negativo) llegue al motor. Claro que la compuerta también dará un 1 si ambos LDR se iluminan. Si se desea que la compuerta dé 0 si recibe dos 1 lógicos se puede cambiar con una or exclusivo (claro que esto aún no lo he probado).

Akí, el circuito ya armado:

El motor de la izquierda lo usé para probar si funcionaba. Ésta es sólo la etapa de control, no la de potencia, por lo que la corriente que llega es muy muy pequeña y el motor necesitaba un poco de ayuda para moverse, pero sí lograba invertir su giro y detenerse.

El problema con este circuito es que es sensible en extremo. Los umbrales del 0 y el 1 lógicos (controlados por las LDR) están muy cercanos, por lo que el motor no se detenía al tapar las LDR con los dedos, necesitábamos oscuridad total, para ello usamos tapas de lapicero:

La primera vez que probamos esta cosa nos funcionó bien a nueve voltios y con dos resistencias de 1Kohm en serie con la compuerta or. La segunda vez el relay se volvía loco, así que bajamos el voltaje a 7 voltios y cambiamos las resistencias de 1K por 2,2K. Basta una luz tenue para cerrar el relay. 

Para motores más grandes, diseñé esto (en realidad no, fue a prueba y error) pero jamás lo he construido, quedó como una simulación en Electronic Workbench y usa una sola fuente:

Con sólo verlo me da flojera armarlo

Hacer la parte de potencia no es difícil: se usan transistores npn y pnp. Cuando un transistor recibe una señal (una pequeña corriente y un voltaje) en su base funciona como un switch que se cierra. El voltaje viene de la fuente de alimentación y la pequeña corriente de cualquier parte. Un transistor npn necesita un voltaje positivo, un pnp un voltaje negativo para "cerrarse". Son justamente los cuatro del centro. la resistencia de 70ohm ocupa el lugar del motor, sólo para saber cuánta corriente está pasando (en éste caso: 7,9/70 = 0,11 Amperios).

Próximamente, armaré la etapa de potencia de esta cosa :)